大脑做决定的方法与破解二战Enigma密码的方法相同

哥伦比亚大学(Columbia University)研究人员在动物身上进行的一项新研究显示,在做简单的决定时,大脑中的神经元会使用艾伦·图灵(Alan Turing)在二战期间帮助破解德国Enigma密码时使用的统计技巧莫蒂默·朱克曼心脑行为研究所而且神经科学部门.这项研究的结果发表在2月5日神经元

就像电影中描述的那样。”模仿游戏图灵和他的解码团队设计了一种统计技术,帮助他们破译德国军方用英格玛机加密的信息。(今天的技术被称为瓦尔德序列概率比检验,之后哥伦比亚大学教授亚伯拉罕·沃尔德他独立开发了这项测试,以确定是否应该将多批弹药运往前线,或者弹药中是否含有过多的哑弹。)

找到使用相同Enigma设置加密的消息对解开密码至关重要。本质上,图灵的统计测试是,尽可能高效地判断任意两个消息是否为一对。

这个测试评估了两条信息中相应的成对字母,并将它们排成一行(在影片中,解码人员经常在后台这样做,在网格上滑动信息)。虽然这些字母本身就是胡言乱语,但图灵意识到,英格玛可以保留原始信息的匹配概率,因为有些字母比其他字母更常见。

码解程序将值分配给两条消息中对齐的字母对。未匹配的配对赋负值,匹配的配对赋正值。

http://youtu.be/McZqcTn3dYg

从信息的不同点开始,密码破解者开始加减法(见上面的视频)。当总数达到正阈值或负阈值时,两条消息被认为是来自具有相同设置的机器的一对,或者不是。

恒河猴大脑中的神经元在面临决策时也会做同样的事情,说Michael Shadlen医学博士,哥伦比亚大学神经科学教授,HHMI研究员。

在沙德伦的研究中,他和第一作者之一吉良信一郎(Shinichiro Kira)以及上海生物科学研究院的杨天明(Tianming Yang)记录了两只猴子在做一个简单决定时大脑神经元的活动。吉良信一郎是沙德伦实验室的前成员,目前在哈佛医学院(Harvard Medical School)工作。

为了做出正确的决定——得到奖励的决定——猴子们必须权衡闪现在屏幕上的符号中编码的不同线索。八个符号中,有些是关于奖赏所在位置的不可靠线索;其他的则更可靠。

猴子必须快速思考。每个符号出现的时间只有250毫秒。

当猴子观察这些符号时,它们神经元的记录揭示了它们是如何做出决定的。每一个符号对累积的证据都贡献了一个正值(奖励在左边)或负值(奖励在右边),这体现在神经元的放电率上。更可靠的符号比不可靠的符号对射击率的影响更大。

http://youtu.be/slvwICH0OAk

就像图灵的密码破解一样,一旦达到了一个正阈值或负阈值,这个决定就被认为完成了,猴子给出了它的选择。

沙德伦博士说,假设人类拥有同样的能力——这是一个很好的赌注——这意味着我们的大脑会权衡各种可能性,并在很短的时间内做出理性的决定。“这是一种非常基本的理性的基础,”他说。

对我们来说,这些类型的决定大多是无意识的。沙德伦博士补充说:“他们的决定是,‘我要拿起一本书,’或者‘我要往咖啡桌的左边走,而不是右边。’”

“我们每天都要做很多这样的决定,事实证明,我们是以统计学家认为最优的方式使用概率定律来做这些决定。

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决策,Michael Shadlen

参考文献

这项研究得到了美国国立卫生研究院(EY011378, RR000166和P30EY01730)和霍华德·休斯医学院.S.K.获得了来自只是基础